论文部分内容阅读
我国有色金属工业近30年来发展迅速，产量连年来居世界首位，有色金属科技在国民经济建设和现代化国防建设中发挥着越来越重要的作用。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。金属已经渗透到我们生活的各个方面，我们随处可见金属。工业上更少不了它，几乎所有机械设备都用到了金属。但是金属容易被腐蚀，据报道，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值（GNP）的4%，由此可見，金属的防护显得尤为重要。
一、金属腐蚀的种类
在金属的腐蚀中，常见的有物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀，但是电化学腐蚀是最主要也是最严重的的一类腐蚀。
物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。许多金属在高温熔盐、熔碱及液态金属中可发生这类腐蚀。例如用来盛放熔融锌的钢容器，由于铁被液态锌所溶解，钢容器逐渐被腐蚀而变薄。
化学腐蚀，如金属铁与干燥的高温水蒸气发生的反应，Fe直接将电子传递给作为氧化剂的水蒸气，没有电流产生，而且腐蚀产物FeO覆盖在铁的表面气态的水要穿过该覆盖层与铁继续反应就存在相当的阻碍，化学腐蚀难以继续进行，FeO薄膜在一定程度上能对铁基体起到保护作用。
电化学腐蚀则不同，例如铁片同银片接触后比单纯的铁片在硫酸中的腐蚀速率要快的多，这是因为腐蚀介质是导电的，氢在银表面析出的过电位比在铁表面小得多，阴极析氢反应选择在活化能较低的银表面进行。而阳极反应Fe→Fe2+失去的电子自发地转移到银片上，H+从银表面获得电子形成氢气析出。一般来讲，一旦介质为离子导体时，腐蚀过程通常按电化学腐蚀的途径进行。
电化学腐蚀的显著特征是在被腐蚀的金属表面形成了腐蚀原电池。这种腐蚀原电池的正极（阴极）和负极（阳极）出现在同一块被腐蚀金属的表面，形成一种特殊的短路原电池，这种原电池只会导致金属材料的溶解、破坏，腐蚀反应释放出来的化学能全部以热能的形式耗散掉，没有任何利用价值。
二、金属的电化学防腐蚀
金属的腐蚀包括阳极过程（即金属溶解）阴极过程（即去极化剂接受阳极流过来的电子）电流的流动。以上任何一个环节受到抑制，腐蚀过程都会减缓。因此针对上述过程，我们可以采取比较有效的抑制措施实现对金属保护的防护。
1、电化学保护
分为阴极保护法和阳极保护法。阴极保护法是最常用的保护方法，又分为外加电流和牺牲阳极。其原理是向被保护金属补充大量的电子，使其产生阴极极化，以消除局部的阳极溶解。适用于能导电的、易发生阴极极化且结构不太复杂的体系，广泛用于地下管道、港湾码头设施和海上平台等金属构件的防护。阳极保护法的原理是利用外加阳极极化电流使金属处于稳定的钝态。阳极保护法只适用于具有活化-钝化转变的金属在氧化性介质（如硫酸、有机酸）中的腐蚀防护。在含有吸附性卤素离子的介质环境中，阳极保护法是一种危险的保护方法，容易引起点蚀。在建筑工程中，地沟内的金属管道在进出建筑物处应与防雷电感应的接地装置相连，不仅可实现防雷保护，而且通过外加正极电源，实现阳极保护而防腐。
2、研制开发新的耐腐蚀材料
解决金属腐蚀问题最根本的出路需大胆创新的第五大对策，即研制开发新的耐腐蚀材料如特种合金、新型陶瓷、复合材料等来取代易腐蚀的金属。方法差别较大，但其宗旨是改变金属内部结构，提高材料本身的耐蚀性.例如，在某些活性金属中掺入微量析氢过电位较低的钯、铂等，利用电偶腐蚀可以加速基体金属表面钝化，使合金耐蚀性增强.化工厂的反应罐、输液管道，用钛钢复合材料来替代不锈钢，使用寿命可大大延长。
3、缓蚀剂法
向介质中添加少量能够降低腐蚀速率的物质以保护金属。其原理是改变易被腐蚀的金属表面状态或者起负催化剂的作用，使阳极（或阴极）反应的活化能垒增高。由于使用方便、投资少、收效快，缓蚀剂防腐蚀已广泛用于石油、化工、钢铁、机械等行业，成为十分重要的腐蚀防护手段。
4、金属表面处理
于金属接触环境使用之前先经表面预处理，用以提高材料的耐腐蚀能力.例如，钢铁部件先用钝化剂或成膜剂（铬酸盐、磷酸盐等）处理后，其表面生成了稳定、致密的钝化膜，抗蚀性能因而显著增加。
5、金属表面覆盖层
包含无机涂层和金属镀层，其目的是将金属基体与腐蚀介质隔离开，阻止去极化剂氧化金属的作用，达到防腐蚀效果.常见的非金属涂层有油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等等.搪瓷涂层因有极好的耐腐蚀性能而广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。
当前，尽管各种新材料大量涌现。但展望未来，金属的使用量也将大幅度增加，因而面对金属腐蚀与防护科学仍处于可持续发展阶段，并随其相关学科（如材料的断裂力学、电化学、有机化学、物理化学等学科）相关技术（无机填料表面处理技术、原位多相聚合处理技术、激光表面合金化、激光熔覆等技术）的发展呈跨学科、多方向性发展趋势。
一、金属腐蚀的种类
在金属的腐蚀中，常见的有物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀，但是电化学腐蚀是最主要也是最严重的的一类腐蚀。
物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。许多金属在高温熔盐、熔碱及液态金属中可发生这类腐蚀。例如用来盛放熔融锌的钢容器，由于铁被液态锌所溶解，钢容器逐渐被腐蚀而变薄。
化学腐蚀，如金属铁与干燥的高温水蒸气发生的反应，Fe直接将电子传递给作为氧化剂的水蒸气，没有电流产生，而且腐蚀产物FeO覆盖在铁的表面气态的水要穿过该覆盖层与铁继续反应就存在相当的阻碍，化学腐蚀难以继续进行，FeO薄膜在一定程度上能对铁基体起到保护作用。
电化学腐蚀则不同，例如铁片同银片接触后比单纯的铁片在硫酸中的腐蚀速率要快的多，这是因为腐蚀介质是导电的，氢在银表面析出的过电位比在铁表面小得多，阴极析氢反应选择在活化能较低的银表面进行。而阳极反应Fe→Fe2+失去的电子自发地转移到银片上，H+从银表面获得电子形成氢气析出。一般来讲，一旦介质为离子导体时，腐蚀过程通常按电化学腐蚀的途径进行。
电化学腐蚀的显著特征是在被腐蚀的金属表面形成了腐蚀原电池。这种腐蚀原电池的正极（阴极）和负极（阳极）出现在同一块被腐蚀金属的表面，形成一种特殊的短路原电池，这种原电池只会导致金属材料的溶解、破坏，腐蚀反应释放出来的化学能全部以热能的形式耗散掉，没有任何利用价值。
二、金属的电化学防腐蚀
金属的腐蚀包括阳极过程（即金属溶解）阴极过程（即去极化剂接受阳极流过来的电子）电流的流动。以上任何一个环节受到抑制，腐蚀过程都会减缓。因此针对上述过程，我们可以采取比较有效的抑制措施实现对金属保护的防护。
1、电化学保护
分为阴极保护法和阳极保护法。阴极保护法是最常用的保护方法，又分为外加电流和牺牲阳极。其原理是向被保护金属补充大量的电子，使其产生阴极极化，以消除局部的阳极溶解。适用于能导电的、易发生阴极极化且结构不太复杂的体系，广泛用于地下管道、港湾码头设施和海上平台等金属构件的防护。阳极保护法的原理是利用外加阳极极化电流使金属处于稳定的钝态。阳极保护法只适用于具有活化-钝化转变的金属在氧化性介质（如硫酸、有机酸）中的腐蚀防护。在含有吸附性卤素离子的介质环境中，阳极保护法是一种危险的保护方法，容易引起点蚀。在建筑工程中，地沟内的金属管道在进出建筑物处应与防雷电感应的接地装置相连，不仅可实现防雷保护，而且通过外加正极电源，实现阳极保护而防腐。
2、研制开发新的耐腐蚀材料
解决金属腐蚀问题最根本的出路需大胆创新的第五大对策，即研制开发新的耐腐蚀材料如特种合金、新型陶瓷、复合材料等来取代易腐蚀的金属。方法差别较大，但其宗旨是改变金属内部结构，提高材料本身的耐蚀性.例如，在某些活性金属中掺入微量析氢过电位较低的钯、铂等，利用电偶腐蚀可以加速基体金属表面钝化，使合金耐蚀性增强.化工厂的反应罐、输液管道，用钛钢复合材料来替代不锈钢，使用寿命可大大延长。
3、缓蚀剂法
向介质中添加少量能够降低腐蚀速率的物质以保护金属。其原理是改变易被腐蚀的金属表面状态或者起负催化剂的作用，使阳极（或阴极）反应的活化能垒增高。由于使用方便、投资少、收效快，缓蚀剂防腐蚀已广泛用于石油、化工、钢铁、机械等行业，成为十分重要的腐蚀防护手段。
4、金属表面处理
于金属接触环境使用之前先经表面预处理，用以提高材料的耐腐蚀能力.例如，钢铁部件先用钝化剂或成膜剂（铬酸盐、磷酸盐等）处理后，其表面生成了稳定、致密的钝化膜，抗蚀性能因而显著增加。
5、金属表面覆盖层
包含无机涂层和金属镀层，其目的是将金属基体与腐蚀介质隔离开，阻止去极化剂氧化金属的作用，达到防腐蚀效果.常见的非金属涂层有油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等等.搪瓷涂层因有极好的耐腐蚀性能而广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。
当前，尽管各种新材料大量涌现。但展望未来，金属的使用量也将大幅度增加，因而面对金属腐蚀与防护科学仍处于可持续发展阶段，并随其相关学科（如材料的断裂力学、电化学、有机化学、物理化学等学科）相关技术（无机填料表面处理技术、原位多相聚合处理技术、激光表面合金化、激光熔覆等技术）的发展呈跨学科、多方向性发展趋势。